Digital for Exascale

Le deuxième atelier de co-conception/co-développement du projet Exa-DI (Développement et intégration) du PEPR NumPEx était dédié au motif algorithmique « Maillage adaptatif structuré par blocs @Exascale ». Il a eu lieu les 6 et 7 février 2024 au « Grand Amphi » de l’Institut de Physique du Globe de Paris à Paris.

Cet atelier en présentiel a rassemblé, pendant deux jours, les membres d’Exa-DI, les membres des autres projets NumPEx (Exa-MA : Méthodes et Algorithmes pour l’Exascale, Exa-SoFT : Logiciels et Outils HPC, Exa-DoST : Logiciels et Outils Orientés Données pour l’Exascale et Exa-AToW : Architectures et Outils pour les Workflows à Grande Échelle), les démonstrateurs apllicatifs (ADs) de divers secteurs de la recherche et de l’industrie, ainsi que des experts pour discuter des avancées et des orientations futures pour le maillage adaptatif structuré par blocs à l’exascale.

Cet atelier est le deuxième de la série des ateliers de co-conception/co-développement dont l’objectif principal est de promouvoir les stratégies de co-développement de la pile logicielle pour accélérer le développement à l’exascale et la portabilité des applications de science et d’ingénierie computationnelles. Les discussions ont porté sur les défis du processus de co-conception et de co-développement, les questions clés et les problématiques sous-jacentes afin de créer des liens entre NumPEx et les applications, ainsi que sur les initiatives promouvant la durabilité de la pile logicielle à l’exascale, en mettant l’accent sur la collaboration et l’innovation.

• Introduction et contexte : mise en place du thème principal de l’atelier.
• Présentation des participantes et participants : permettant aux participantes et participants de se présenter et de présenter leurs intérêts.
• Diverses sessions techniques : ces sessions ont présenté des exposés sur des sujets tels que l’évaluation des performances à l’exascale et les avancées dans les simulations à l’exascale pour différentes applications comme les simulations astrophysiques, les fronts de flamme et les interfaces gaz/liquide, ainsi que les simulations dynamiques moléculaires à long terme avec des champs de forces polarisables. De plus, deux experts ont donné des présentations sur les bibliothèques Samurai et Hercule, et un développeur du code WarpX Particle-In-Cell, massivement parallèle et open-source, a présenté ses retours d’expérience sur la mise en œuvre du cadre AMReX.
• Discussions et tables rondes : ces sessions ont offert des opportunités aux participants de s’engager dans des discussions et de partager des idées sur les sujets présentés.

• Jean-Pierre Vilotte, chercheur CNRS et membre d’Exa-DI, qui a présenté le contexte introductif de l’atelier.
• Maxime Delorme & Arnaud Durocher, chercheurs CEA, présentant Dyablo, un code AMR pour les simulations d’astrophysique à l’ère de l’exascale.
• Loic Straffela de l’Ecole Polytechnique, discutant de l’optimisation des performances d’I/O pour le code AMR.
• Igor Chollet enseignant-chercheur à Sorbonne Université, présentant ANKH, une alternative scalable aux approches basées sur FFT pour le calcul d’énergie sur les architectures exascale à base d’accélérateurs.
• Loic Gouarin, de l’Ecole Polytechnique, présentant SAMURAI : Maillage adaptatif structuré et multi-résolution sur Algèbre d’Intervalles.
• Luca Fedeli, chercheur CEA, discutant de la mise en œuvre d’AMReX pour WaprX, un code Particle-In-Cell pour l’ère de l’exascale.
• Vincent Moureau, chercheur CNRS, abordant l’Adaptation Dynamique de Maillage de grilles non structurées massives pour la simulation de fronts de flamme et d’interfaces gaz/liquide.

Un résultat très intéressant et stimulant qui a été discuté et décidé lors de cet atelier est la mise en place d’un groupe de travail pour traiter une suite d’applications proxy et de mini-applications partagées et bien spécifiées pour ce motif algorithmique. Plusieurs équipes de démonstrateurs applicatifs (AD) ont exprimé leur intérêt à participer à ce groupe de travail qui est en cours de formation et dont la première réunion devrait avoir lieu bientôt.

Les discussions nous ont permis de déterminer les différents objectifs de ce groupe de travail. En particulier, les critères des mini-applications et des applications proxy communes qui seront construites ont été définis. Elles doivent :

• Représenter des algorithmes, des structures de données et des agencements, ainsi que d’autres caractéristiques computationnelles et de communication à travers les différents démonstrateurs aplicatifs.
• Exploiter et intégrer des suites logiques de composants logiciels (bibliothèques, cadres, outils).
• Mesurer les niveaux d’interopérabilité, les gains de performance et/ou le compromis entre les composants, la portabilité des performances, la scalabilité et la qualité logicielle.
• Développer des méthodologies de collaboration et de partage d’intégration continue et de benchmarking avec des outils de performance standardisés pour guider les optimisations, ainsi que des métadonnées de référence et des modèles de spécifications.

Le deuxième objectif principal de ce groupe de travail, qui est également un objectif principal de la série des ateliers, est d’identifier les ressources humaines et les expertises requises pour l’équipe de Calcul et de Données (CDT) qu’ Exa-DI va former et déployer. Dans le processus de co-conception/co-développement, le CDT assurera l’interface entre les projets NumPEx et les équipes des ADs pour mettre en oeuvre la co-conception et le co-développement de la suite de mini-applications et d’applications proxy, ainsi que des modèles de données de référence pour le partage des spécifications et des résultats de benchmarking/testing.

• Jean-Pierre Vilotte, chercheur CNRS et membre d’Exa-DI
• Valérie Brenner, chercheuse CEA et membre d’Exa-DI
• Jérôme Bobin, chercheur CEA et membre d’Exa-DI
• Mark Asch, enseignant-chercheur à l’Université Picardie et membre d’Exa-DI
• Julien Bigot, chercheur Inria et membre d’Exa-DI
• Karim Hasnaoui, chercheur CNRS et membre d’Exa-DI
• Christophe Prud’homme, enseignant-chercheur à l’Université de Strasbourg et membre d’Exa-MA
• Hélène Barucq, chercheuse Inria et membre d’Exa-MA
• Isabelle Ramière, CEA et membre d’Exa-MA
• Vincent Faucher, CEA et membre d’Exa-MA
• Christian Perez, Inria et membre d’Exa-MA
• Raymon Namyst, Université de Bordeaux et membre d’Exa-SoFT
• Alfredo Butari, CNRS et membre d’Exa-SoFT
• Marius Garenaux, Université de Rennes et membre d’Exa-AToW
• Olivier Martineau, Université de Rennes et membre d’Exa-AToW
• Vincent Moureau, CNRS et démonstrateur d’application
• Maxime Delorme, CEA et démonstrateur d’application
• Arnaud Durocher, CEA et démonstrateur d’application
• Allan Sacha, CEA et démonstrateur d’application
• Damien Chapon, CEA et démonstrateur d’application
• Grégoire Doeble, CEA et démonstrateur d’application
• Dominique Aubert, Université de Strasbourg et démonstrateur d’application
• Olivier Marchal, Université de Strasbourg et démonstrateur d’application
• Igor Cholet, Université Paris 13 et démonstrateur d’application
• Jean Philippe Piquemal, Sorbonne Université et démonstrateur d’application
• Louis Lagardère, Sorbonne Université et démonstrateur d’application
• Olivier Adjoua, Sorbonne Université et démonstrateur d’application
• Stefano Frambati, Total Energies et démonstrateur d’application
• Luca Fedeli, CEA
• Loic Strafella, École polytechnique
• Loic Gouarin, CNRS
• Marc Massot, École polytechnique
• Pierre Matalon, École polytechnique
• Geoffroy Lesur, CNRS et membre du PEPR Origines

Le premier atelier de co-conception/co-développement du projet projet Exa-DI (Développement et intégration) du
PEPR NumPEx avait pour thème « Discrétisation efficace pour EDP@Exascale »  et s’est déroulé les 7 et 8 novembre 2023 à l’Amphithéâtre J. Talairach (Neurospin) du CEA Saclay à Gif-sur-Yvette.

Cet atelier en présentiel a réuni pendant deux jours les membres d’Exa-DI, les membres des autres projets NumPEx (Exa-MA : Méthodes et Algorithmes pour l’Exascale, Exa-SofT : Logiciels et Outils HPC, Exa-DoST : Logiciels et Outils Orientés Données pour l’Exascale et Exa-AToW : Architectures et Outils pour les Workflows à Grande Échelle), les démonstrateurs applicatifs (ADs) de divers secteurs de la recherche et de l’industrie, ainsi que des experts pour discuter des avancées et des orientations futures pour la discrétisation efficace des équations aux dérivées partielles (EDP) basées sur la physique à l’exascale.

Cet atelier est le premier des ateliers de co-conception et de co-développement dont l’objectif principal est de promouvoir les stratégies de co-développement de la pile logicielle pour accélérer le développement à l’exascale et la portabilité des applications de science et d’ingénierie computationnelles. Les discussions ont porté sur les défis du processus de co-conception et de co-développement, les questions clés et les problématiques sous-jacentes en établissant des liens entre NumPEx et les applications, ainsi que sur les initiatives promouvant la durabilité de la pile logicielle à l’exascale, en mettant l’accent sur la collaboration et l’innovation.

• Introduction et contexte : mise en place du thème principale de l’atelier
  
• Présentation des participantes et participants: Permettre aux participantes et participants de se présenter et de présenter leurs intérêts.
• Diverses sessions techniques : Ces sessions ont présenté des exposés sur des sujets tels que l’évaluation des performances à l’exascale et les avancées dans les simulations à l’exascale pour différentes applications comme les prototypes d’aéronefs durables, la séquestration de CO2, la turbomachinerie, les simulations de dynamo terrestre, les simulations énergétique et dynamique pour les bâtiments urbains, les simulations de mécanique des structures et des fluides, les simulations géoscientifiques et enfin les simulations de turbulence des plasmas. De plus, un expert a fait une présentation sur Kokkos.
• Discussions et tables rondes : Ces sessions ont offert des opportunités aux participantes et participants de s’engager dans des discussions et de partager des idées sur les sujets présentés.

• Jean-Pierre Vilotte,chercheur CNRS et membre d’Exa-DI, qui a donné le contexte introductif de l’atelier.
• Eric Savin, de l’ONERA, discutant de l’évaluation des performances à l’exascale pour un prototype d’aéronef durable.
• Henri Calandra de TotalEnergies, sur les simulateurs multiphysiques à l’exascale pour la séquestration et la surveillance du CO2.
• Christian Trott de SNL, présentant Kokkos.
• Julien Vanharen & Loic Marechal, chercheurs Inria, abordant les simulations à l’exascale pour la turbomachinerie.
• Nathanaël Schaeffer & Hugo Frezat, chercheurs CNRS, explorant les applications d’apprentissage automatique dans les simulations de dynamo terrestre.
• Vincent Chabannes & Christophe Prud’homme, enseignants-chercheurs à l’Université de Strasbourg, discutant de la simulation énergétique dynamique pour les bâtiments urbains.
• Olivier Jamond, chercheur CEA, présentant un solveur EDP HPC de nouvelle génération ciblant les applications industrielles en mécanique des structures et des fluides, le projet MANTA.
• Soleiman Yousef d’IFP Energies nouvelles, discutant des problèmes de performance dans les applications géoscientifiques.
• Virginie GrandGirard, chercheuse CEA, discutant du code GYSELA pour les simulations de turbulence des plasmas.

Un résultat très intéressant et stimulant qui a été discuté et décidé lors de cet atelier est la mise en place d’un groupe de travail pour traiter une suite d’applications proxy et de mini-applications partagées et bien spécifiées pour ce motif algorithmique. Plusieurs équipes de démonstrateurs applicatifs ont exprimé leur intérêt à participer à ce groupe de travail qui est en cours de formation et dont la première réunion devrait avoir lieu en janvier prochain.

Les discussions nous ont permis de déterminer les différents objectifs de ce groupe de travail. En particulier, les critères des mini-applications et des applications proxy communes qui seront construites ont été définis. Elles doivent :

• Représenter des algorithmes, des structures de données et des agencements, ainsi que d’autres caractéristiques computationnelles et de communication à travers les différents démonstrateurs apllicatifs.
• Exploiter et intégrer des suites logiques de composants logiciels (bibliothèques, cadres, outils).
• Mesurer les niveaux d’interopérabilité, les gains de performance et/ou le compromis entre les composants, la portabilité des performances, la scalabilité et la qualité logicielle.
• Développer des méthodologies de collaboration et de partage d’intégration continue et de benchmarking avec des outils de performance standardisés pour guider les optimisations, ainsi que des métadonnées de référence et des modèles de spécifications.

Le deuxième objectif principal de ce groupe de travail, qui est également un objectif principal de la série des ateliers, est d’identifier les ressources humaines et les expertises requises pour l’équipe de Calcul et de Données (CDT) qu’ Exa-DI va former et déployer. Dans le processus de co-conception/co-développement, le CDT assurera l’interface entre les projets NumPEx et les équipes des ADs pour mettre en oeuvre la co-conception et le co-développement de la suite de mini-applications et d’applications proxy, ainsi que des modèles de données de référence pour le partage des spécifications et des résultats de benchmarking/testing.

• Jean-Pierre Vilotte, chercheur CNRS et membre d’Exa-DI
• Valérie Brenner, chercheuse CEA et membre d’Exa-DI
• Jérôme Bobin, chercheur CEA et membre d’Exa-DI
• Mark Asch, enseignant-chercheur à l’Université Picardie et membre d’Exa-DI
• Julien Bigot, chercheur Inria et membre d’Exa-DI
• Karim Hasnaoui, chercheur CNRS et membre d’Exa-DI
• Christophe Prud’homme, enseignant-chercheur à l’Université de Strasbourg et membre d’Exa-MA
• Hélène Barucq, chercheuse Inria et membre d’Exa-MA
• Guillaume Latu, chercheur CEA et membre d’Exa-MA
• Raymond Namyst, enseignant-chercheur à l’Université de Bordeaux et membre d’Exa-SoFT
• Joshua Bowen, chercheur Inria et membre d’Exa-DoST
• Christian Robert Trott, des Laboratoires nationaux Sandia
• Virginie Grandgirard, chercheuse CEA et démonstrateur d’application
• Youssef Soleiman, de l’IFPEN et démonstrateur applicatif
• Stéphane de Chaisemartin, de l’IFPEN et démonstrateur applicatif
• Ani Anciaux Sedrakian, de l’IFPEN et démonstrateur d’application
• Julien Vanharen, chercheur Inria et démonstrateur applicatif
• Loic Marechal, chercheur Inria et démonstrateur applicatif
• Nathanael Saeffer, chercheur CNRS et démonstrateur applicatif
• Hugo Frezat, chercheur CNRS et démonstrateur applicatif
• Savin Eric, du centre de recherche aérospatial Onera et démonstrateur applicatif
• Denis Gueyffier, du centre de recherche aérospatial Onera et demonstrateur applicatif
• Henri Calandra, de Total Energies et démonstrateur applicatif
• Stefano Frambati, Total Energies et démonstrateur applicatif
• Olivier Jamon, chercheur CEA et démonstrateur applicatif
• Nicolas Lelong, chercheur CEA et démonstrateur applicatif
• Vincent Chabanne, enseignant-chercheur à l’Université de Strasbourg et démonstrateur applicatif